电力电子技术ppt 第二章 整流器

1、第1讲 整流器主要内容： 功率（电力）二极管 单相整流器 三相整流器0.1.1 0.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征主电路主电路（Main Power Circuit）电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。电力电子器件电力电子器件（Power Electronic Device）可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。0.1.1 0.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征 广义上电力电子器件可分为电真空器件（Electron Device）和半导体器件（Semiconductor Device）两类。 两类中，

2、自20世纪50年代以来，真空管（Vacuum Valve）仅在频率很高（如微波）的大功率高频电源中还在使用，而电力半导体器件已取代了汞弧整流器（Mercury Arc Rectifier）、闸流管（Thyratron）等电真空器件，成为绝对主力。因此，电力电子器件目前也往往专指电力半导体器件。 电力半导体器件（Power Semiconductor Device）所采用的主要材料仍然是硅0.1.1 0.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征： 能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力是最能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能

3、力是最重要的参数重要的参数其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级, 大多都远大于处理信息的电子器件。0.1.1 0.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征电力电子器件一般都工作在开关状态电力电子器件一般都工作在开关状态导通时【通态（OnState）】阻抗（Impedance）很小，接近于短路，管压降（Voltage Across the Tube）接近于零，而电流由外电路决定阻断时【断态（OffState）】阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定电力电子器件的动态特性（Dynamic Speciality）【也就是开关特性（Switching Spe

4、ciality）】和参数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题。作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替0.1.1 0.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路(Driving Circuit）为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，

5、在其工作时一般都要安装散热器。都要安装散热器。导通时器件上有一定的通态压降（On-state Voltagedrop），形成通态损耗（ On-state Losses)阻断时器件上有微小的断态漏电流（Leakage Current）流过，形成断态损耗 ( Off-state Losses）0.1.1 0.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征 在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗（Turning on Losses）和关断损耗（Turning off Losses），总称开关损耗（Switching Loss） 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因

6、之一 通常电力电子器件的断态漏电流（Leakage Current）极小，因而通态损耗是器件功率损耗的主要成因 器件开关频率（Switching Frequency）较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素 0.1.2 0.1.2 应用电力电子器件的系统组成应用电力电子器件的系统组成 电力电子系统电力电子系统：由控制电路（Control Circuit）、驱动电路（Driving Circuit）和以电力电子器件为核心的主电路（Main Circuit）组成 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V20.1.2 0.1.2 应用电力

7、电子器件的系统组成应用电力电子器件的系统组成控制电路（Control Circuit）按系统的工作要求形成控制信号（Control Signal），通过驱动电路（Driving Circuit）去控制主电路（Main Circuit）中电力电子器件的通或断（Turn-on or Turn-off），来完成整个系统的功能。0.1.3 0.1.3 电力电子器件的分类电力电子器件的分类按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类：半控型器件半控型器件(Semi-controlled Device)通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件；器件的

8、关断由其在主电路中承受的电压和电流决定；0.1.3 0.1.3 电力电子器件的分类电力电子器件的分类全控型器件全控型器件(Full-controlled Device)通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）电力场效应晶体管（Power MOSFET，简称为电力MOSFET）门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO）0.1.3 0.1.3 电力电子器件的分类电力电子器件的分类不可控器件不可控器件(Uncontrolled Device)不能用控制信号来控

9、制其通断，因此也就不需要驱动电路电力二极管（Power Diode） 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的； 1.1 功率二极管1. 功率二极管的结构功率二极管的结构1.1SR的结构和工作原理的结构和工作原理电力二极管（电力二极管（Power Diode）也称为半导体整流器，）也称为半导体整流器，简称简称SR,属不可控电力电子器件。属不可控电力电子器件。2. 功率二极管的工作原理功率二极管的工作原理 由于PN结具有单向导电性，所以二极管是一个正方向单向导电、反方向阻断正方向单向导电、反方向阻断的电力电子器件。 基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二极管一样。基本结

10、构和工作、原理与信息电子电路中的二极管一样。 由一个面积较大的由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。结和两端引线以及封装组成。 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。 1.1.2 功率二极管的特性和主要参数1. 功率二极管的特性功率二极管的特性(1) 功率二极管的伏安特性 二极管具有单向导电能力，二极管正向导电时必须克服一定的门槛电压Uth(又称死区电压)，当外加电压小于门槛电压时，正向电流几乎为零。硅二极管的门槛电压约为0.5V，当外加电压大于Uth后，电流会迅速上升。当外加反向电压时，二极管的反向电流IS是很小的，但是当外加反向电压超过二极管反

11、向击穿电压URO后二极管被电击穿，反向电流迅速增加。l电力二极管的伏安特性曲线电力二极管的伏安特性曲线正向正向导通导通反向反向击穿击穿反向截反向截止状态止状态（1 1）普通二极管普通二极管：普通二极管又称整流管（普通二极管又称整流管（RD），其反向恢），其反向恢复时间在复时间在ss以上，额定电流达数千安，额定电压达数千以上，额定电流达数千安，额定电压达数千伏以上。伏以上。 （2 2）快恢复二极管快恢复二极管：反向恢复时间在：反向恢复时间在ss以下的称为快恢复以下的称为快恢复二极管（二极管（Fast Recovery DiodeFast Recovery Diode简称简称FDRFDR）。）。（

12、3 3）肖特基二极管肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接触：肖特基二极管是一种金属同半导体相接触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为0.40.40.6V0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向耐，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向耐压在压在200200以下。以下。2 2、电力二极管的主要类型：、电力二极管的主要类型：三、三、电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数 额定正向平均电流额定正向平均电流在指定的管在指定的管壳温（简称壳温，用壳温（简称壳温，用TC表示）和散表示）和散热条件下，热条件下，其允许流过的

13、最大工频其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值正弦半波电流的平均值。设该正弦设该正弦半波电流的峰值为半波电流的峰值为Im, 则则0)(sin21mmAVFIttdII2)sin(2102mmFItdtII 额定电流有效值为额定电流有效值为: :（1）额定正向平均电流）额定正向平均电流IF(A V)额定电流额定电流(平均电流平均电流)为为: : 正向平均电流是正向平均电流是按照电流的发热效应按照电流的发热效应来定义的，因此使用时应按来定义的，因此使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有应留有1.52倍倍的裕量的裕量。FRFRFrms57. 12III

14、2020202002|)2sin(21(21)()2cos(1 (21)()sin(2| )cos()()sin(mmmmmmIttItdtItdtIIttdtI（2 2）反向重复峰值电压）反向重复峰值电压RRMRRM： 指器件能重复施加的指器件能重复施加的反向最高峰值电压反向最高峰值电压（额定电压）此（额定电压）此电压通常为击穿电压电压通常为击穿电压U U的的2/32/3。（3 3） 正向压降正向压降F F： 指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端的指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端的正正向平均电压向平均电压( (又称管压降又称管压降) )。1.2 单相整流器（不控整流 ）

15、1.2.1 单相半波整流器带电阻性负载1.工作原理(2) 二极管承受的最大正反向电压Um22mUU2 数量关系(1) 直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id 直流输出电压平均值Ud: 输出电流平均值Id:RUI2d45. 0 2202d45. 02dsin221UUttUU1.2.2 单相半波整流器带电感性负载 1. 工作原理电源供给的能量一部分用于电阻发热，一部分用于电感储能；交流电压过零时，由于电感电势存在，二极管仍要导通部分时间。输出直流电压和电流的平均值减小；a)u1TSRRLu2uVTudidu20 t1 2 t t t t0id0uVT0b)d)e)f)+ + +uD在整流电路

16、的负载两端并联续流二极管在整流电路的负载两端并联续流二极管当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。此时为负的u2通过VDR向SR施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流续流。续流期间ud为零，ud中不再出现负的部分。a)SRidb)c)d)e)f)g)LTRu1u2udVDRiVDRIdttttOOOOiVDRu2udidIdttOOUsrisrIsrUsr图2-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形 (3) 续流二极管的电流平均值IdDR与续流二极管的电流有效值IDR(4) 整流二极管和续流二极管承受的最大正反向电压整流和续流二极管承

17、受的最大正反向电压均为电源电压的峰值。 ddDR21IId02dDR22)(21ItdII2m2UU1.2.3 单相全波整流器 电路拓扑 工作原理1.2.4 单相桥式整流器 电路拓扑 工作原理Ti2aVT1VT3idRu1u2a)bVT2VT4ud t t t000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,41.3.1 三相半波整流器a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubucO t1 t2 t3udOOuabuacOiVT1uVT1 t t t t电路的特点：电路的特点： 变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。 三个晶闸管分

18、别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起为共阴极共阴极接法接法 。在 t1 t2期间， VD1导通，ud=ual 在 t2 t3期间， VD2导通，ud=ubl 在 t3 t4期间， VD3导通，ud=ucl 第1段，VT1导通期间，为一管压降， 可近似为uT1=0l 第2段，在VT1关断后，VT2导通期间， uT1=ua-ub=uab，为一段线电压。l 第3段，在VT3导通期间， uT1=ua-uc=uac 为另一段线电压。1.3 三相整流器（不控整流 ）1.3.2 三相桥式整流器bacTn负载iaidudSR1SR3SR5SR4SR6SR2d2d1共阴极组共阴极组 阴极连接在一起的3个二

19、极管（SR1，SR3，SR5）共阳极组共阳极组 阳极连接在一起的3个二极管（SR4，SR6，SR2）导通顺序导通顺序： SR1SR2SR3 SR4SR5SR6自然换向时，每时刻导通的两个二极管分别对应阳极所接交流电交流电压值最高压值最高的一个和阴极所接交流交流电压值最低电压值最低的一个。 共阴极组的3个二极管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。 共阳极组的3个二极管，阴极所接交流电压值最低的一个导通。 任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态， 施加于负载上的电压为某一线电压。u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubc

20、ubaucaucbuabuacuaucub t1O tO tO tO t = 0iVT1uVT1a =0时，各晶闸管均在自然换相点换相分析Ud 波形，可从相电压波形分析，也可从线电压波形分析从相电压波形从相电压波形共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线共阳极组晶闸管导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线总的整流输出电压 ud=ud1-ud2 是两条包络线的差值将其对应在线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线从线电压波形从线电压波形共阴极组处于通态的晶闸管对应最大的相电压共阳极组处于通态的晶闸管对应最小的相电压输出整流电压ud为这两个相电压相减输出整流电压

21、ud波形为线电压在正半周的包络线图2-18 三相桥式全控整流电路带电阻负载 = 0 时的波形时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb晶闸管及输出整流电压的情况如表21所示6个晶闸管导通顺序 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6表2-1 三相桥式全控整流电路电阻负载 = 0 时晶闸管工作情况1.4 半控型器件：晶闸管及其派生 常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模

22、块平板型晶闸管外形及结构2. 2. 晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。A图1-4 晶闸管的外形、结构和符号晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅SCR, 普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。欲使晶闸管导通需具备两个条件：欲使晶闸管导通需具备两个条件：应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。阳极电压升高

23、至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压上升率du/dt过高结温较高光触发光触发 光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管光控晶闸管（Light Triggered ThyristorLTT）。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。其他几种可能导通的情况其他几种可能导通的情况： 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。晶闸管正常工作

24、时的特性总结如下：晶闸管正常工作时的特性总结如下： 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性（1）正向特性正向特性 IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。 正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1） 静态特性静态特性图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 反向特性类似二极管的反向特性。 反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。 当反

25、向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性反向特性晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。 反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。 通态（峰值）电压通态（峰值）电压UT 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标

26、值作为该器件的额定电压额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。使用注意：使用注意：1）电压定额电压定额晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数通态平均电流通态平均电流 IT(AV）在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。使用时应按有效值相等的原则有效值相等的原则来选取晶闸管。维持电流维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说对同一晶闸管来说，通

27、常通常IL约为约为IH的的24倍倍。浪涌电流浪涌电流ITSM指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流 。2）电流定额电流定额晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 除开通时间tgt和关断时间tq外，还有： 断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通 态转换的外加电压最大上升率。 电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。 通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt 指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。 如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。3）动态参数动态

28、参数1.5 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件 有快速晶闸管和高频晶闸管。 开关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10s左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。 由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热效应。1 1）快速晶闸管快速晶闸管（Fast Switching Thyristor FST)晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件2 2）双向晶闸管双向晶闸管（Triode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristor）图1-10 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特

29、性a) 电气图形符号 b) 伏安特性a)b)IOUIG=0GT1T2可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。有两个主电极T1和T2，一个门极G。在第和第III象限有对称的伏安特性。晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件逆导晶闸管（逆导晶闸管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG=0图1-11 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件光控晶闸管（光控晶闸管（Light Trig

30、gered ThyristorLTT）AGKa)AK光强度强弱b)OUIA图1-12 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。因此目前在高压大功率的场合。2.1 2.1 单相可控整流电路单相可控整流电路2.1.1 单相半波可控整流电路2.1.2 单相桥式全控整流电路2.1.3 单相全波全控整流电路2.1.4 单相桥式半控整流电路2.1.1 2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1. 带电阻负载的工作情况TVTR0a)u1u2uVT

31、udidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00图2-1 单相半波可控整流电路及波形变压器变压器T起变换电压起变换电压隔离隔离交流输入为单相，直流输出电压波交流输入为单相，直流输出电压波形只在交流输入的正半周内出现，形只在交流输入的正半周内出现，故称为单相半波可控整流电路。故称为单相半波可控整流电路。特点：特点：电压与电流成正比，两者波形相同电压与电流成正比，两者波形相同 两个重要的基本概念两个重要的基本概念触发延迟角触发延迟角 从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a 表示,也称触发角或控制角。导通角导通角 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用表示

32、 。直流输出电压平均值为2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd 移相范围为180180 l这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为 相位控制方式相位控制方式（相控方式）相控方式）（2-1）a)u1TVTRLu2uVTudidu20t1 2 tttttug0ud0id0uVT0 b)c)d)e)f)+ + +图2-2 带阻感负载单相半波可控整流电路及波形2.2.带阻感负载的工作情况带阻感负载的工作情况l阻感负载阻感负载 当负载中感抗与电阻相比不可忽略时l阻感负载的特点阻感负载的特点电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。l电

33、力电子电路中存在非线性的电力电子器件，决定了电力电子电路时非线性电路。l若将器件看作理想开关，则可将电力电子电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算。负载阻抗角负载阻抗角j j、触发角、触发角 、晶闸管导通角、晶闸管导通角的关系的关系l 若j为定值，a 越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，越小；l 若为定值，j 越大，则L贮能越多，越大；且j 越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小；为避免为避免Ud太小，在整流电路的负载两太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管端

34、并联续流二极管 当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流续流。续流期间ud为零，ud中不再出现负的部分。a)VTidb)c)d)e)f)g)LTRu1u2uVTudVDRiVDRuVTiVTIdttttOOOO - - + iVDRu2udidIdt1ttOO图2-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形 ddVT2IIddVTItdII2)(212ddVDIIR2若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有（2-5）d22dVD2)(21RItdII（2-6）（2-7）

35、（2-8）VT的a 移相范围为180 单相半波可控整流电路的单相半波可控整流电路的特点特点 简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。 分析该电路的主要目的在于利用其简单易学的特点，建立起整流电路的基本概念。 2.1 2.1 单相可控整流电路单相可控整流电路2.1.1 单相半波可控整流电路2.1.2 单相桥式全控整流电路2.1.3 单相全波全控整流电路2.1.4 单相桥式半控整流电路 Ti2aVT1VT3idR u1u2a)bVT2VT4ud t t t000i2udidb)c)d)ud(id) uVT1,42.1.2 2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全

36、控整流电路工作原理及波形分析工作原理及波形分析u VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。u VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。 1 .带电阻负载的工作情况带电阻负载的工作情况u若4个晶闸管都不导通，负载电流为零， VT1和VT4串联承受电压u2 ，设两个管子漏电阻相等，则各自承受u2的一半。2cos19 . 02cos122)( dsin21222dUUttUU2cos19 . 02cos12222ddRURURUI2cos145.0212ddVTRUII（2-10）（2-11）

37、数量关系数量关系 角的移相范围为角的移相范围为180 向负载输出的平均电流值为：向负载输出的平均电流值为：流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即（2-9）2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRUI（2-12）2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII（2-13）II21VT（2-14）过晶闸管的电流有效值：过晶闸管的电流有效值：变压器二次测电流有效值变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流与输出直流电流I有效值相等：有效值相等：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容

38、量 S=U2I2由式（由式（2-12）和式（）和式（2-13）Ta abRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图2-6 单相全控桥带阻感负载时的电路及波形 假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。至t =+ 时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通。VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT

39、4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相换相，亦称换流换流。2 .带阻感负载的工作情况分清楚：续流和换流分清楚：续流和换流cos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUUddT21IIddT707. 021III 数量关系数量关系晶闸管移相范围为晶闸管移相范围为90 晶闸管承受的最大正反向电压均为晶闸管承受的最大正反向电压均为 晶闸管导通角晶闸管导通角与与 无关，均为无关，均为180 ，平均值和有效值分别为：，平均值和有效值分别为：变压器二次侧电流变压器二次侧电流 i2 的波形为正负各的波形为正负各180 的矩形波，其相位由

40、的矩形波，其相位由 角决定，角决定，有效值有效值I2 = Id 。（2-15）22U和REuidd22arcsinUEa)b)REidudidOEud tIdO t 图2-7 单相桥式全控整流电路接反电动势电阻负载时的电路及波形 3.带反电动势负载时的工作情况|u2| E 时，晶闸管承受正电压，才有导通的可能。导通之后 ud=u2 ， 直至 |u2| = E，id 即降至 0 使得晶闸管关断，此后 ud = E与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度 停止导电， 称为停止导停止导电角电角（2-16）在 角相同时，整流输出电压比整流输出电压比电阻负载时大。电阻负载时大。电流断续电流断续 id 波形在

41、一周期内有 部分时间为 0 的情况电流连续电流连续 id 波形在一周期内不 出现为 0 的情况 当 时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不能导通。为使晶闸管可靠导通，触发脉冲需足够的宽度，保证当 t = 时，晶闸管承受正电压，触发脉冲仍然存在，相当于触发角被推迟为，即 = 2.1 2.1 单相可控整流电路单相可控整流电路2.1.1 单相半波可控整流电路2.1.2 单相桥式全控整流电路2.1.3 单相全波全控整流电路2.1.4 单相桥式半控整流电路2.1.3 2.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路图2-9 单相全波可控整流电路及波形u 单相全波可控整流电全波可控整流电路又称路又称

42、单相双半波可控单相双半波可控整流电路整流电路u 单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。u 变压器不存在直流磁化的问题。 单相全波与单相全控桥的单相全波与单相全控桥的区别区别单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多。单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压为 ，是单相全控桥的2倍。单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。从上述（从上述（2）、（）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电）考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。压的场合应用。222U2.1

43、2.1 单相可控整流电路单相可控整流电路2.1.1 单相半波可控整流电路2.1.2 单相桥式全控整流电路2.1.3 单相全波全控整流电路2.1.4 单相桥式半控整流电路2.1.4 2.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路图2-10 单相桥式半控整流电路， 假设负载中电感很大，且电路已工作 于稳态在u2正半周，触发角处给晶闸管VT1 加触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电。 u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。带阻感负载的情况在u2负半周触发角

44、 时刻触发VT3，VT3导通，则向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。 续流二极管的作用续流二极管的作用u 若无续流二极管，则当 突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，称为失控失控。u 有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。a)TabRLOb)u2i2udidV

45、T1VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdId t t t t t t t iVT1iVD4iVT2iVD3iVDRVD2VT3负负载载Tu2VD3VD4VT1VT2图2-11 单相桥式半控整流电路的另一接法单相桥式半控整流电路的另一种接法：l 相当于把图图2-5a中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。2.2 2.2 三相可控整流电路三相可控整流电路2.2.1 2.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路v 交流测由三相电源供电v 负载容

46、量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时用。v 基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等，均可在此基础上进行分析 。2.2 2.2 三相可控整流电路三相可控整流电路2. 2.1 2. 2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuc =0O t1 t2 t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1 t t t t t图2-12 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a =0时的波形 电路的特点：电路的特点： 变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成

47、三角形避免3次谐波流入电网。 三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起为共阴极共阴极接法接法 。自然换相点：自然换相点：假设将电路中的晶闸管换作二极管，用VD表示，成为三相半波不可控整流电路。一周期中一周期中l 在 t1 t2期间， VD1导通，ud=ual 在 t2 t3期间， VD2导通，ud=ubl 在 t3 t4期间， VD3导通，ud=uc1.电阻负载二极管换相时刻为自然换相点自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角的起点，即 =0 。 a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuc =0O t1 t2 t3

48、uGOudOOuabuacOiVT1uVT1 t t t t t图2-12 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a =0时的波形 =0 时的工作原理分析：时的工作原理分析：变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成：l 第1段，VT1导通期间，为一管压降， 可近似为uT1=0l 第2段，在VT1关断后，VT2导通期间， uT1=ua-ub=uab，为一段线电压。l 第3段，在VT3导通期间， uT1=ua-uc=uac 为另一段线电压。u2uaubucO tO tO tO tO tuGuduabuac t1iVT1uVT

49、1uac =30图2-13 三相半波可控整流电路，电阻负载， 30 时的波形 30 30 时的波形时的波形负载电流处于连续和断续之间的临界状态，各相仍导电60 30 的情况的情况负载电流断续，晶闸 管 导 通 角 小 于120 。 t t t tu2uaubucOOOOuGudiVT1 =60图2-14 三相半波可控整流电路，电阻负载， 60 时的波形整流电压平均值的计算：整流电压平均值的计算：（1） a 30时，负载电流连续，有：cos17. 1cos263)(sin2321226562dUUttdUU（2-18） 当a =0时，Ud最大，为 Ud = Ud0 = 1.17U2 （2） a

50、30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262UttdUUd（2-19）RUIdd222RM45. 2632UUUU22UUFM 负载电流平均值为晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即（2-20）（2-21）（2-22）abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduacuabuacOtOtOtOtOtOtuVT1图2-16 三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及 =60时的波形特点：特点：阻感负载，L值很大，id

51、波形基本平直。l 30时整流电压波形与电阻负载时相同l 30时u2过零时，VT1不关断，直到VT2 的脉冲到来，才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断ud波形中出现负的部分。l id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为902.阻感负载数量关系数量关系由于负载电流连续， Ud可由式（218）求出，即ddVT2577. 031IIII2d0d17. 1UUU变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为dVTVT(AV)368. 057. 1III晶闸管的额定电流为晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值2RMFM45.2

52、UUU三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。（2-23）（2-24）（2-25）2.2 2.2 三相可控整流电路三相可控整流电路2.2.1 2.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1三相桥是应用最为广泛的整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路图2-17 三相桥式全控整流电路原理图共阴极组共阴极组 阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组共

53、阳极组 阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）导通顺序导通顺序： VT1VT2VT3 VT4VT5VT6自然换向时，每时刻导通的两个晶闸管分别对应阳极所接交流电压值最高的一个和阴极所接交流电压值最低的一个。1. 带电阻负载时的工作情况 假设将电路中的晶闸管换作二极管，相当于晶闸管触发角 =0 时， 共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。 共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低的一个导通。 任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态， 施加于负载上的电压为某一线电压。u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuab

54、uacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucub t1O tO tO tO t = 0iVT1uVT1a =0时，各晶闸管均在自然换相点换相分析Ud 波形，可从相电压波形分析，也可从线电压波形分析从相电压波形从相电压波形共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线共阳极组晶闸管导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线总的整流输出电压 ud=ud1-ud2 是两条包络线的差值将其对应在线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线从线电压波形从线电压波形共阴极组处于通态的晶闸管对应最大的相电压共阳极组处于通态的晶闸管对应最小的相电压输出整流电压ud为这两个相电压相减输出整流电压ud波形为线电压在正半周的包络线图2-18 三相桥式全控整流电路带电阻负载 = 0 时的波形时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb晶闸管及输出整流电压的情况如表21所示6个晶闸